铈掺杂羟基磷灰石/聚乳酸（或石墨烯）复合材料的制备及相关表征

作     者：秦草坪 

作者单位：深圳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁秋华

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：羟基磷灰石 铈掺杂HA 石墨烯 化学沉淀法 水热合成法 

摘      要：羟基磷灰石(Ca(PO)(OH),简称HA)为哺乳动物体内骨骼和牙齿等矿化组织主要无机成分,具有良好的生物活性和生物相容性,人工制备的HA材料在临床上已被实际应用于骨组织缺损的填充材料和金属假肢表面膜材料。自然骨中HA含有其他离子,如:铁、镁、锶、铈等离子,掺杂微量元素的HA材料已被广泛研究,通过掺杂微量金属离子可有效改善HA的物理化学性质以及生物相容性,可进一步提高其在骨修复方面的应用。石墨烯(Graphene,简称GP),由单层碳原子堆积而成的二维蜂窝状结构碳基材料,由于其优异的力学性能使其在复合材料领域有着潜在的应用前景,HA本征脆性及其本征脆性导致的较差的的摩擦磨损性能,很大程度上影响其作为硬组织假体替换材料植入人体后的可靠性。采用第二相GP增强HA材料力学性能,确保其服役可靠性显得尤为关键。本文采用化学沉淀法在水浴条件下,分别以二水氯化钙为钙源,磷酸氢二钠为磷源,成功合成制备HA粉体。采用旋涂法涂覆HA/PLA复合膜;研究分析不同煅烧条件对HA/PLA复合金属膜材料组成和表面形貌的影响。同样采用化学沉淀法在水浴条件下制备铈掺杂羟基磷灰石(Ce-HA)粉体,以六水硝酸铈为铈源,成功合成了不同摩尔比例铈掺杂HA粉体,采用旋涂法制备Ce掺杂HA/PLA复合金属膜;采用水热法成功制备铈掺杂羟基磷灰石/石墨烯复合材料。对复合材料的表面形貌、物相组成、结构等进行了全面详细的研究。结果表明所合成的HA、Ce-HA粉体结晶度较好,纯度较高,且不存在其他杂质相。HA/PLA复合膜粘度高、致密、无裂缝效果,在600℃条件下PLA燃烧分解为残余碳有效阻止HA分解成其他杂质。Ce元素成功掺杂进入HA晶格中,制备的Ce掺杂HA/PLA复合金属膜由于PLA的加入起到了阻止底物金属氧化催化HA分解的作用,Ce-HA粉体具有较高的热稳定性,Ce-HA/PLA复合金属膜表面均匀,Ce掺杂摩尔比例为2%时,表面形貌均匀致密,复合膜表面Ce离子为+3和+4的混合价态。GP为片层结构,像褶皱的纸状,HA散落在GP表面,没有出现严重的团聚现象。低比例掺杂后复合材料整体形貌较好,而高比例Ce离子掺杂不仅HA形貌发生变化,有无定形相存在,且无定形相颗粒发生团聚。同时研究表明在水热过程中HA与GP发生了物理化学反应,相互的结构发生变化。